51单片机的温室控制系统的设计
目录
1 绪论 1
1.1 课题的目的和意义 1
1.2 课题研究的现状及主要内容 1
2 系统的总体结构设计 3
2.1 系统设计因素 3
2.2 系统框图 3
3 系统硬件电路的设计 5
3.1 控制电路的设计 5
3.1.1 主控电路的设计 5
3.1.2 复位电路的设计 6
3.2 信息采集模块电路的设计 6
3.2.1 DHT11温湿度传感器电路的设计 6
3.2.2 光照强度传感器电路的设计 8
3.3 显示模块电路的设计 9
3.3.1 OLED液晶屏电路的设计 9
3.3.2 LED灯电路的设计 9
3.4 电机模块电路的设计 10
3.4.1 ULN2003A芯片电路的设计 10
3.4.2 步进电机电路的设计 10
3.5 按键模块电路的设计 11
4 系统软件程序的设计 12
4.1 显示模块程序设计 13
4.2 检测模块程序设计 14
4.3 按键模块程序设计 15
5 系统调试过程 17
5.1 系统硬件调试 17
5.2 系统软件调试 18
5.3 系统设置操作 18
5.4 系统调试中问题 19
6. 总结 20
6.1 课题设计总结 20
6.2 存在的不足及发展方向 20
参考文献 21
致谢 22
1 绪论
随着超大规模集成电路技术和微电子技术和的继续发展，电子产品的种类不但越来越多，而且越来越经济实用。单片机在诸多领域被充分应用主要原因是其小体积、高性价比、强大功能和可靠性等特点。单片机就是一个微型的计算机，把一些重要的通道接口和扩展电路接在单片机的外围就可以构成各种应用系统设计。单片机控制技术的应用在化工、冶金、电力、自动化机床、工业机器人控制和计算机集成制造系统等工业测控方面取得了令人瞩目的研究与设计成果[1]。并在国
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
民经济中发挥着较大的作用。基于单片机技术的温室控制系统也已经越来越流行。
1.1 课题的目的和意义
温室是能够让植物在不适合它生长的季节仍然生长，提高植物存活率的场所。她一般以塑料薄膜覆盖作为结构材料。温室生产的目的包括：促进植物生长，抵御病虫害，增加植物生长周期，加大植物的产量。而温室大棚的决定因数是环境，该技术的目的是提高控制与精度。随着农业现代化的发展，温室控制己越来越受到世界各国的重视。它还提供了中国的大型现代化温室发展的一个很好的机会，并且有很大的促进作用[2]。我国的现代化温室的发展是在借鉴与自主研究两相结合下进行的。21世纪以来各国在温室大棚技术上有很大的突破，个别国家在体现自动化的基础上开始向智能化、无人化的方向发展[3]。一些经济发达的国家和地区已经研制并实现计算机自动控制的现代化高科技温室，并且形成了令人惊羡的植物土厂。而我国的温室系统属于半开放系统，温室内环境控制水平比较低，仍靠人工根据经验来管理[4]。而且，国内的控制系统主要用于单因子控制，因而设施现代化水平低，对温室环境的调控能力差，产品的质量和产量难以得到保证。正是这些塑料大棚和日光温室对于解决城乡人民的蔬菜供应发挥着主力军的作用[5]。
1.2 课题研究的现状及主要内容
我国设施农业起步较晚，但发展较快。温室农业对比普通农业有产业化程度高，收益较好，能较快升级新能力的优点。现今我国自主研究建造的温室大棚面积约为总面积的四分之一，其余都为从荷兰，美国等国引进技术建造的。其中又有一半是近十几年出现并迅速发展的大型连栋温室，它分为塑料温室与玻璃温室两种，由于经济便宜，塑料温室占大部分。建设在南方的大型温室以生产花卉为主，北方的则以栽培蔬菜为主，少部分温室用于栽培苗木[6]。
对于温室大棚来说，温湿度与光照强度是决定植物生长的重要因数。温湿度的过高低，光照强度过强弱都不适合植物生长，因此需要控制温湿度与光照的数据在适合于植物生长的范围内。一般的温度监测是将温度计放置在大棚内，通过读取温度值来了解大棚内的温度。如果只是依靠人工来操作，则既耗人力，又出现错误[7]。由于产业规模的加大，大棚的数量也越来越多，传统的温室控制出现了许多漏洞。因此，在新世纪的大棚管理中有必要研究适合植物生长的自动控制系统，来控制大棚温湿度和光照强度，适应植物的生长需要。以全新的技术和先进的设施，来改变环境以适应植物生长，使植物能够不受自然环境的影响继续生长，做到批量化，来提高效率，提高产值和效益。在当今社会，在新时代的背景下，人们对温室控制的要求更高了，需要便捷化，智能化。现在计算机技术发展快速，利用它来改进温室大棚就成了必然[8]。
本课题提出了发展“基于51单片机的温室控制系统的设计”的课题，主要需要做了以下的考虑：
（1）首先解析温室控制的设计要求，考虑出温室系统的大体框架，再构建温室系统的总体模块图。
（2）根据模块，考虑系统的实用性，可靠性和目的等因素，选择合适的芯片和传感器。
（3）硬件电路设计需要考虑简化温室系统的电路，能够清晰直观了连接系统；分别设置为显示模块，信息检测模块，电机模块。
（4） 软件设计先要确定完整清晰的设计思路，在软件方面要求程序简单、实用并且容易让人读懂，确保调试起来比较方便。
2 系统的总体结构设计
温室控制的结构设计方法较多，在器件选用和技术运用上也有很多不同的方法可供参考。因此，该系统的总体结构设计应能满足基本功能的前提下，充分考虑到设计环境，所选择的硬件结构要简单实用，易于实现，元器件的选用需要考虑适当的参数、性能的稳定、功耗的高低和低廉的成本。软件结构设计部分主要是用程序完成温湿度和光照的采集、比较和显示。
2.1 系统设计的考虑
要完成温室控制系统的设计需要考虑许多的因素，如单片机的选择，传感器的选择，设计成本等，怎样协调它们，应该贯穿在整个温室控制系统设计过程中。
单片机的选择：温室大棚的主机是单片机。成功构建系统的前提是如何合理的选用单片机。单片机的作用应该是使整个系统稳定的运行。本课题选用单片机时应该根据温室控制系统设计的总体情况，比如数据的处理量、系统的功耗等，然后选定单片机。
1 绪论 1
1.1 课题的目的和意义 1
1.2 课题研究的现状及主要内容 1
2 系统的总体结构设计 3
2.1 系统设计因素 3
2.2 系统框图 3
3 系统硬件电路的设计 5
3.1 控制电路的设计 5
3.1.1 主控电路的设计 5
3.1.2 复位电路的设计 6
3.2 信息采集模块电路的设计 6
3.2.1 DHT11温湿度传感器电路的设计 6
3.2.2 光照强度传感器电路的设计 8
3.3 显示模块电路的设计 9
3.3.1 OLED液晶屏电路的设计 9
3.3.2 LED灯电路的设计 9
3.4 电机模块电路的设计 10
3.4.1 ULN2003A芯片电路的设计 10
3.4.2 步进电机电路的设计 10
3.5 按键模块电路的设计 11
4 系统软件程序的设计 12
4.1 显示模块程序设计 13
4.2 检测模块程序设计 14
4.3 按键模块程序设计 15
5 系统调试过程 17
5.1 系统硬件调试 17
5.2 系统软件调试 18
5.3 系统设置操作 18
5.4 系统调试中问题 19
6. 总结 20
6.1 课题设计总结 20
6.2 存在的不足及发展方向 20
参考文献 21
致谢 22
1 绪论
随着超大规模集成电路技术和微电子技术和的继续发展，电子产品的种类不但越来越多，而且越来越经济实用。单片机在诸多领域被充分应用主要原因是其小体积、高性价比、强大功能和可靠性等特点。单片机就是一个微型的计算机，把一些重要的通道接口和扩展电路接在单片机的外围就可以构成各种应用系统设计。单片机控制技术的应用在化工、冶金、电力、自动化机床、工业机器人控制和计算机集成制造系统等工业测控方面取得了令人瞩目的研究与设计成果[1]。并在国
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
民经济中发挥着较大的作用。基于单片机技术的温室控制系统也已经越来越流行。
1.1 课题的目的和意义
温室是能够让植物在不适合它生长的季节仍然生长，提高植物存活率的场所。她一般以塑料薄膜覆盖作为结构材料。温室生产的目的包括：促进植物生长，抵御病虫害，增加植物生长周期，加大植物的产量。而温室大棚的决定因数是环境，该技术的目的是提高控制与精度。随着农业现代化的发展，温室控制己越来越受到世界各国的重视。它还提供了中国的大型现代化温室发展的一个很好的机会，并且有很大的促进作用[2]。我国的现代化温室的发展是在借鉴与自主研究两相结合下进行的。21世纪以来各国在温室大棚技术上有很大的突破，个别国家在体现自动化的基础上开始向智能化、无人化的方向发展[3]。一些经济发达的国家和地区已经研制并实现计算机自动控制的现代化高科技温室，并且形成了令人惊羡的植物土厂。而我国的温室系统属于半开放系统，温室内环境控制水平比较低，仍靠人工根据经验来管理[4]。而且，国内的控制系统主要用于单因子控制，因而设施现代化水平低，对温室环境的调控能力差，产品的质量和产量难以得到保证。正是这些塑料大棚和日光温室对于解决城乡人民的蔬菜供应发挥着主力军的作用[5]。
1.2 课题研究的现状及主要内容
我国设施农业起步较晚，但发展较快。温室农业对比普通农业有产业化程度高，收益较好，能较快升级新能力的优点。现今我国自主研究建造的温室大棚面积约为总面积的四分之一，其余都为从荷兰，美国等国引进技术建造的。其中又有一半是近十几年出现并迅速发展的大型连栋温室，它分为塑料温室与玻璃温室两种，由于经济便宜，塑料温室占大部分。建设在南方的大型温室以生产花卉为主，北方的则以栽培蔬菜为主，少部分温室用于栽培苗木[6]。
对于温室大棚来说，温湿度与光照强度是决定植物生长的重要因数。温湿度的过高低，光照强度过强弱都不适合植物生长，因此需要控制温湿度与光照的数据在适合于植物生长的范围内。一般的温度监测是将温度计放置在大棚内，通过读取温度值来了解大棚内的温度。如果只是依靠人工来操作，则既耗人力，又出现错误[7]。由于产业规模的加大，大棚的数量也越来越多，传统的温室控制出现了许多漏洞。因此，在新世纪的大棚管理中有必要研究适合植物生长的自动控制系统，来控制大棚温湿度和光照强度，适应植物的生长需要。以全新的技术和先进的设施，来改变环境以适应植物生长，使植物能够不受自然环境的影响继续生长，做到批量化，来提高效率，提高产值和效益。在当今社会，在新时代的背景下，人们对温室控制的要求更高了，需要便捷化，智能化。现在计算机技术发展快速，利用它来改进温室大棚就成了必然[8]。
本课题提出了发展“基于51单片机的温室控制系统的设计”的课题，主要需要做了以下的考虑：
（1）首先解析温室控制的设计要求，考虑出温室系统的大体框架，再构建温室系统的总体模块图。
（2）根据模块，考虑系统的实用性，可靠性和目的等因素，选择合适的芯片和传感器。
（3）硬件电路设计需要考虑简化温室系统的电路，能够清晰直观了连接系统；分别设置为显示模块，信息检测模块，电机模块。
（4） 软件设计先要确定完整清晰的设计思路，在软件方面要求程序简单、实用并且容易让人读懂，确保调试起来比较方便。
2 系统的总体结构设计
温室控制的结构设计方法较多，在器件选用和技术运用上也有很多不同的方法可供参考。因此，该系统的总体结构设计应能满足基本功能的前提下，充分考虑到设计环境，所选择的硬件结构要简单实用，易于实现，元器件的选用需要考虑适当的参数、性能的稳定、功耗的高低和低廉的成本。软件结构设计部分主要是用程序完成温湿度和光照的采集、比较和显示。
2.1 系统设计的考虑
要完成温室控制系统的设计需要考虑许多的因素，如单片机的选择，传感器的选择，设计成本等，怎样协调它们，应该贯穿在整个温室控制系统设计过程中。
单片机的选择：温室大棚的主机是单片机。成功构建系统的前提是如何合理的选用单片机。单片机的作用应该是使整个系统稳定的运行。本课题选用单片机时应该根据温室控制系统设计的总体情况，比如数据的处理量、系统的功耗等，然后选定单片机。
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